基于THB7128和单片机的步进电机定位控制系统设计

Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｇ ｐ ｐ ｇ ｙ Ｔ Ｈ Ｂ ７ １ ２ ８ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｈ ｉ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ － ｇ ｐ ｐ
８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １ 与 ＴＨＢ ７ １ ２ ８驱 图 ２ 是 单 片 机 ＡＴ 动芯片组成的步进电机控制系统电路原理图 。 ） ／ ／ ＣＷ Ｃ ＣＷ 电机正反转控制端 。ＣＷ Ｃ ＣＷ ２ ／ 低电平 ， 电机正转 ； 电机反转 。 ＣＷ Ｃ ＣＷ 高电平 ， ） ３ Ｅ ＮＡ Ｂ Ｌ Ｅ 使 能 端 。Ｅ ＮＡ Ｂ Ｌ Ｅ 为 低 电 平， 输出强制关 断 ， 高 阻 输 出； Ｅ ＮＡ Ｂ Ｌ Ｅ 重新置为高 恢复输出 。 电平时 ， ） 细分设定 （ 模式见表 ３。 ４ Ｍ１ ， Ｍ２ ， Ｍ３） ） 工作电 流 设 定 。ＶＲ 调 ５ Ｅ Ｆ 为 电 流 设 定 端， 整此端电压即可设定驱动电流值 。 ／ ） ／ Ｉ １ ０ ０％ ） ＝ ＶＲＥＦ × （ １ ５ ×（ １ ＲＳ） ｏ（ 式中 ： 外接检测电阻 。 ＲＳ 为 Ｎ Ｆ Ａ（ Ｂ） ） 斩波频率设定端 。 斩波频率由 Ｏ ６ Ｓ Ｃ １ 端和 依据下列公式设定 ： ＧＮ Ｄ 间连接的电容 ， －６ ／ （ ／ ） （ ） ＦＣＰ＝１ ＣＯＳＣ １ ０×１ ０ Ｈ ｚ １ ５ ８
董圣英 ： 基于 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 和单片机的步进电机定位控制系统设计
表 ３ Ｔ Ｈ Ｂ ７ １ ２ ８ 细分模式 Ｔ ａ ｂ． ３ Ｓ ｕ ｂ ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ＴＨＢ ７ １ ２ ８ －ｍ Ｍ１ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｍ２ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｍ３ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ 细分数 １ ／ １ ２ ／ １ ４ ／ １ ８ ／ １ １ ６ ／ １ ３ ２ ／ １ ６ ４ ／ １ １ ２ ８
。 因此如何改善电动机的控制方法以提高系 对于步进电机的定位控制 ， 关能的关键所在 。 降速的速度 控 制 。 由 步 进 电 机 的 矩 频 特 性 可 知 ， 电机启动转速越高 ， 其启动转矩就越小 ， 若步进电 机启动频率超过 电 机 极 限 启 动 频 率 ， 则电机就可 能发生堵转 、 失步现象 ； 同样 ， 若停止频率过高 ， 则 电机由于惯性 ， 可能会发生过冲现象 。 因此 ， 解决 、 “ 步进电机的 “ 失步 ” 过冲 ” 现象 ， 是解决步进电机
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｉ Ｃ Ｄ Ｒ Ｉ Ｖ Ｅ ２ ０ １ １ Ｖ ｏ ｌ ． ４ １ Ｎ ｏ ． ６
电气传动 ２ ０ １ １ 年 第４ １ 卷 第６ 期

基于 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 和单片机的步进电机 定位控制系统设计
Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ， Ｄ ｅ ｚ ｈ ｏ ｕ２ ５ ３ ０ ３ ４， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｇ，
： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＴＨＢ ７ １ ２ ８ａ ｎ ｄ Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｈ ｉ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍ－ ｙ ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ＴＨＢ ７ １ ２ ８ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｙ ， ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｄ ． Ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｇ ｙ ， ， ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｂ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｒ ａ ｍ ｐ ｐ ｇ ｐ ｙ ｙ ｐ ｐ ｇ ， ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ． Ｆ ｒ ｏ ｍ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｗ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｒ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ｔ ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ ｙ ， ／ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｈ ｉ ｈ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｏ ｏ ｄ ｔ ｏ ｒ ｕ ｅ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ． ｇ ｐ ｇ ｙ ｇ ｑ ｑ ｙ ： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｈ ｉ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ － ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｙ
） 半流锁定电路 。 当 Ｃ Ｌ Ｋ 输入低于 １． ６Ｈ ｚ ７ 时， 芯片的输出电 流 将 自 动 降 为 正 常 工 作 电 流 的 一半 。 ） ８ Ｐ Ｄ Ｆ 衰 减 模 式 。ＴＨＢ ７ １ ２ ８衰减模式固定 为混合衰减模式 ， 快衰和慢衰的比例为 １∶４。 ） 输出短 路 保 护 电 路 。 内 置 短 路 保 护 电 路 ， ９ 在Ｉ 使输出置 Ｃ 对电源或对地短路或输出短路时 ， 于待机模式 。 由输出短路保护电路动作而使输出 为待机模 式 的 场 合 ， 可给 Ｖ Ｃ Ｃ 一个低电平来解 。 除锁定
） 山东省高等学校优秀青年教师国内访问学者项目资助 （ ２ ０ ０ ９ 基金项目 ： ， ： ＿ 董圣英 （ 男， 本科 ， 副教授 ， １ ９ ６ ２－ ） Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｄ ｏ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ２ ６． ｃ ｏ ｍ 作者简介 ： ＠１ ｇ ｇ ｙ ｇ
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电气传动 ２ ０ １ １年 第４ １卷 第６期
） ／ ／ ／ ／ 多种细分可选（ ３ １， １ ２， １ ４， １ ８， １ １ ６， ／ ／ ／ ） ； １ ３ ２， １ ６ ４， １ １ ２ ８ ） 自动半流锁定功能 ； ４ ） 内置混合式衰减模式 ； ５ ） 内置输入下拉电阻 ； ６ ） 内置温度保护及过流保护 。 ７ ２． ２ Ｔ Ｈ Ｂ ７ １ ２ ８ 引脚及动能 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 的引脚功能如表 １ 所示 。
表 １ Ｔ Ｈ Ｂ ７ １ ２ ８ 引脚功能 Ｔ ａ ｂ． １ Ｐ ｉ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 端子 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ ０ １ １ １ ２ １ ３ １ ４ １ ５ １ ６ １ ７ １ ８ １ ９ 端子符号 ＧＮ Ｄ ／ ＣＷ Ｃ ＣＷ Ｃ Ｌ Ｋ Ｏ Ｓ Ｃ １ Ｖ Ｒ Ｆ Ｆ ＧＮ Ｄ ＯＵＴ ２ Ｂ Ｎ Ｆ Ｂ ＯＵＴ １ Ｂ ＧＮ Ｄ ＯＵＴ ２ Ａ Ｎ Ｆ Ａ ＯＵＴ １ Ａ ＶＭ Ｖ Ｃ Ｃ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｅ ＮＡ Ｂ Ｌ Ｅ 地 正／反转信号输入端 脉冲信号输入端 斩波频率设定电容连接端 电流设定端 地 Ｂ 相 ＯＵＴ 输出端 Ｂ 相电源检测电阻连接端 Ｂ 相 ＯＵＴ 输出端 地 Ａ 相 ＯＵＴ 输出端 Ａ 相电流检测电阻连接端 Ａ 相 ＯＵＴ 输出端 电源 ＶＭ 连接端 Ｃ Ｃ端 电源 Ｖ 细分设置端 细分设置端 细分设置端 脱机信号控制端 端子说明
２ 驱动芯片 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 介绍
２． １ Ｔ Ｈ Ｂ ７ １ ２ ８ 步进电机驱动芯片的特点 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 是北京某公司 ２ ０ ０ ９ 年新研制的大 功率 、 高细分两相混合式步进电机驱动专用芯片 。 该芯片具有以下特点 ： ） 双全桥 ＭＯ 低导 通 电 阻 Ｒｏ １ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 驱动 ， ｎ＝ ０． ５ ３ Ω； ） ； 最高耐压 Ｄ 大电流 ３． 峰值 ） ２ Ｃ ４ ０Ｖ， ３Ａ（
董圣英 （ ） 德州职业技术学院 电气电子系 ， 山东 德州 ２ ５ ３ ０ ３ ４
为了提高步进电机的定位精度 ， 提出了一种基 于 ＴＨＢ ７ １ ２ ８和 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １单片机构成的步进电机 摘要 ： 控制系统 。 介绍了 ＴＨＢ 给 出 了 控 制 系 统 的 电 路 原 理 图。在 此 基 础 上， 分析了步进电 ７ １ ２ ８ 芯片的性能 特 点 ， 机升降速的离散控制方法 ， 给出了步进电机升降速控 制 的 程 序 流 程 图 。 经 过 实 际 应 用 证 明 ， 该步进电机控制 系统方案结构简单 、 可靠性高 、 运行平稳 、 具有良好的矩频特性 。 关键词 ： 步进电机 ； 单片机 ； 定位 ； 速度控制 中图分类号 ： ＴＭ ３ ８ ３． ６ 文献标识码 ： Ｂ
３ 步进电机控制系统设计
３． １ 硬件电路设计 硬件电 路 由 输 入 按 键 、 ＡＴ ８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １ 单 片 机、 ＴＨＢ ７ １ ２ ８ 细分驱动芯片和步进电机等部分组成 ， 系统组成框图如图 １ 所示 。
） 功能见表 ２。 Ｃ Ｌ Ｋ 脉冲输入端 ， １
表 ２ Ｃ Ｌ Ｋ 脉冲功能 Ｔ ａ ｂ． ２ Ｃ ｌ ｏ ｃ ｋ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｌ ｓ ｅ ｐ 图 １ 控制系统结构框图 Ｆ ｉ ． １ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｇ ｇ ｙ